Chapter 7 化合物半導體 II-VI 族太陽能電池　　

第七章　化合物半導體 II-VI族太陽能電池　 P

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Chapter 7Chapter 7 　　化合物半導體化合物半導體 II-VIII-VI 族太陽能電池　　族太陽能電池　　7-1 化合物半導體 II-VI族太陽能電池的發展及其演進

7-2 化合物半導體 II-VI族太陽能電池的基本結構及其特性

7-3 化合物半導體 II-VI族太陽能電池的製程技術


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內容大綱內容大綱• 本章節將討論以及探討的內容，主要是：

– 化合物半導體 II-VI族太陽能電池的發展及其演進– 化合物半導體 II-VI族太陽能電池的基本結構及其特性

– 化合物半導體 II-VI族太陽能電池的製程技術

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7-17-1 化合物半導體化合物半導體 II-VIII-VI 族太陽能電池的發展族太陽能電池的發展及其演進及其演進• 在薄膜型太陽能電池方面，矽系列或矽基 (Si-Based) 薄膜型太陽能電池之外，碲化鎘系列或碲化鎘基 (CdTe-Based) 太陽能電池，亦是眾多種類薄膜型太陽能電池中的一種，它亦是薄膜型太陽能電池之中，發展歷史最長久的。

• 1956年美國 RCA公司發展出碲化鎘基太陽能電池 ,• 1963年 Cusano博士，使用碲化鎘 (CdTe) 以及碲化銅 (Cu2Te) 製作出異質接面型太陽能電池元件， 1979年法國的 CNRS公司使用氣相傳輸沉積法 (Vapor Transport Deposition, VTD) 在 n 型晶片基板表面，沉積 p 型碲化鎘薄膜而製作出轉換效率為 7.0% 左右的太陽能電池。

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7-2 7-2 化合物半導體化合物半導體 II-VIII-VI 族太陽能電池的基本結族太陽能電池的基本結構及構及其特性其特性 • 以鎘為系列之薄膜型太陽能電池的種類：• 碲化鎘 (CdTe) / 硫化鎘 (CdS)

– 硫化鎘 (CdS) / 硫化亞銅 (Cu2S)– 鋅鎘硫化物 (ZnxCd1xS)

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• 硫化鎘的存在是以兩種不同的礦物質，一為硫鎘礦 (Greenockite)，而另一為方硫鎘礦 (Hawleyite)。在硫鎘礦方面，它是一種六方晶體 (Hexagonal) 的纖鋅礦 (Wurzite) 晶體結構；而在方硫鎘礦方面，它則是一種閃鋅礦 (Sphalerite/Zinc Blende) 晶體結構，而硫化鎘的晶格常數為 0.586 nm ，如圖 7-1 所示的。

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硫原子 (S)

鎘原子 (Cd)圖 7-1 硫化鎘的晶體結構示意圖

7-2-17-2-1 硫化鎘硫化鎘 (CdS) (CdS) 以及碲化鎘以及碲化鎘 (CdTe) (CdTe) 半導體材料的基本特性半導體材料的基本特性


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• 在室溫狀態之下，碲化鎘的晶體結構是閃鋅礦結構，而其晶格常數為 0.648 nm ，如圖 7-2 所示

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圖 7-2 碲化鎘的晶體結構示意圖碲原子 (Te)

鎘原子 (Cd)


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7-2-2 7-2-2 硫化鎘硫化鎘 (CdS) (CdS) 以及碲化鎘以及碲化鎘 (CdTe) (CdTe) 太陽能電池的基本結構及其特性太陽能電池的基本結構及其特性

• 以鎘為系列之薄膜型太陽能電池的元件結構：• 表板結構型 (Superstrate Structure)

– 基板結構型 (Substrate Structure) 如圖 7-3(a) 以及 (b) 所示

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入射太陽光線入射太陽光線

玻璃基板

透明導電薄膜層n 型 CdS 薄膜層

p 型 CdTe 薄膜層

緩衝薄膜層金屬薄膜層

金屬基板

玻璃基板

2(SnO :F)透明導電薄膜層

n 型 CdS 薄膜層

p 型 CdTe 薄膜層

緩衝薄膜層金屬薄膜層

製作流程順序

製作流程順序

(a) 表板結構型的 (b) 基板結構型的

圖 7-3 表板結構型的 (a) 以及基板結構型的 (b) 鎘系列薄膜型太陽能電池


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• 事實上，碲化鎘基薄膜型太陽能電池的種類：– 有 p-n同質接面型的– p-n異質接面型的等兩種太陽能電池，如圖 7-4 所示的

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玻璃基板

透明導電薄膜層

n型碲化鎘

p型碲化鎘

緩衝薄膜層

金屬薄膜層

(a) 同質接面型的

(n-CdTe) (p-CdTe)

玻璃基板

透明導電薄膜層

n型硫化鎘

p型碲化鎘

緩衝薄膜層

金屬薄膜層

(b) 異質接面型的

(n-CdS) (p-CdTe)

圖 7-4p-n 同質接面型的 (a) 以及 p-n異質接面型的 (b) 碲化鎘基薄膜型太陽能電池


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• 就碲化鎘 (Cadmium Telluride, CdTe) 以及硫化鎘 (Cadmium Sulfide, CdS) 太陽能電池而言，其元件結構的排列，分別地為：– 玻璃基板 (Glass Substrate)– 透明導電膜 (Transparent Conductive Oxide Film)– 前面接觸電極及碲化鎘 (Front Contact Electrode and CdTe)

– 硫化鎘 (CdS)– 背面或裏面接觸電極 (Back Contact Electrode) 等不同厚度的薄膜層其基本的元件結構示意圖，如圖 7-5所示的

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圖 7-5 　碲化鎘 / 硫化鎘太陽能電池的基本元件結構示意圖


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7-3-1 7-3-1 硫化鎘硫化鎘 (CdS) (CdS) 以及碲化鎘以及碲化鎘 (CdTe) (CdTe) 太陽能電池的製程技術太陽能電池的製程技術 ..218

圖 7-6 表板結構型的太陽能電池元件製作的整個流程示意圖

(1) 金屬基板

(2) 金屬薄膜層形成

(3) 雷射蝕刻圖變化

(4) 緩衝薄膜層形成

(5) p 型 CdTe 薄膜型

(6) 氯化處理

(7) 雷射蝕刻圖變化

(8) n 型 CdS 薄膜層

(9) 表面處理

(10) 透明導電薄膜層

用於製作太陽能電池的玻璃基板材料，其標準的厚度是 2.0~4.0 mm左右


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碲化鎘 (CdTe) 薄膜層的主要製程技術種類，如下所述的；以碲化鎘為系列之薄膜型太陽能電池的製程技術，分別地有：1.電鍍沉積法 (Electro-Deposition, ED)2.密閉空間式的昇華法 (Closed-Space Sublimation, CSS)

3.網版印刷法 (Screen Printing, SP)4.噴霧沉積法 (Spray Deposition, SD)5.氣相傳輸沉積法 (Vapor Transport Deposition, VTD)

6.有機金屬化學沉積法 (Metallic Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)

7.濺鍍法 (Sputtering)


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圖 7-7 碲化鎘 / 硫化鎘太陽能電池的代表性製程設備系統簡易的示意圖


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7-3-2 7-3-2 硫化鎘硫化鎘 (CdS) (CdS) 以及碲化鎘以及碲化鎘 (CdTe) (CdTe) 太陽能電池的模組技術太陽能電池的模組技術 ..223

在硫化鎘 (CdS) 以及碲化鎘 (CdTe) 太陽能電池方面，其模組的組合方式：– 串接式 (In-Series Connection) – 並接式 (In-Parallel Connection)

其代表性的模組結構示意圖，如圖 7-8所示


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入射太陽光線

溝槽鋁電柱p 型碲化鎘

n 型硫化鎘

透明導電膜

基板

圖 7-8 碲化鎘 / 硫化鎘太陽能電池的代表性模組結構示意圖


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入射太陽光線

溝槽鋁電柱p 型碲化鎘

n 型硫化鎘

透明導電膜

基板

圖 7-8 碲化鎘 / 硫化鎘太陽能電池的代表性模組結構示意圖

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